Ich möchte mich im Weltraum wiegen, aber was soll ich tun, wenn ich immer das Gefühl habe, zu „schweben“? Astronauten haben einen "guten Helfer"

Ein starker Körperbau und reichlich Vitalität sind die „Geheimwaffen“ der Astronauten, um lange Zeit im Weltraum arbeiten und leben zu können. Die genaue Messung des Gewichts von Astronauten ist von entscheidender Bedeutung, um ihren Gesundheitszustand und ihre physiologischen Veränderungen in einer schwerelosen Umgebung zu verfolgen. Für Astronauten auf Langzeitmissionen hilft die regelmäßige Überwachung der Körpermasse nicht nur dabei, ihre Ernährungs- und Trainingspläne anzupassen und eine angemessene Verteilung der Arbeitsbelastung sicherzustellen, sondern ermöglicht auch eine frühzeitige Vorhersage einer möglichen Weltraumkrankheit und die Entwicklung wirksamer Sicherheitsvorkehrungen, um sicherzustellen, dass sie auch während der Tage fernab der Erde in bester Verfassung bleiben.

Astronauten werden medizinisch untersucht

Wiegen im Weltraum: ein Barometer der Gesundheit

Die Umgebung der Raumstation unterscheidet sich völlig von der der Erde. Astronauten müssen nicht nur mit den physiologischen Herausforderungen der Mikrogravitation fertig werden, sondern auch die psychologischen Emotionen überwinden, die durch den beengten Raum hervorgerufen werden können. Bei Außenbordeinsätzen müssen sie sich außerdem der Gefahr einer Schädigung ihres Körpers durch kosmische Strahlung bewusst sein. Längerer Aufenthalt in der Weltraumumgebung kann zu Organschäden wie Knochen, Muskeln, Blutkreislauf und Herz führen. Daher muss die Raumstation mit modernen medizinischen Überwachungsgeräten ausgestattet sein, um den Gesundheitszustand der Astronauten in Echtzeit zu verfolgen. Diese Geräte können wichtige Gesundheitsindikatoren rechtzeitig überwachen, um die Sicherheit der Astronauten im Weltraum zu gewährleisten. Darüber hinaus müssen die Astronauten nach ihrer Rückkehr zur Erde ein langes Rehabilitationstraining absolvieren, das ihnen dabei hilft, sich allmählich an die Schwerkraft der Erde anzupassen und ihre Körperfunktionen wiederherzustellen.

Gewichtsveränderungen bei Astronauten sind oft ein frühes Anzeichen für gesundheitliche Auffälligkeiten. Um diese subtilen Veränderungen zu erfassen, verwenden Astronauten regelmäßig eine spezielle Weltraumwaage, um sich zu wiegen und festzustellen, ob sie ab- oder zugenommen haben. Diese Überwachung hilft nicht nur, vor potenziellen Gesundheitsproblemen zu warnen, sondern liefert auch wichtige Referenzdaten für andere Gesundheitsuntersuchungen.

Ein guter Helfer für die Gewichtsmessung – Massenmessgerät

Die Raumstation umkreist die Erde wie andere Satelliten in der Erdumlaufbahn mit einer linearen Geschwindigkeit zwischen der ersten und zweiten kosmischen Geschwindigkeit. Während dieses Vorgangs werden die Raumstation und die Astronauten in ihrer Kabine zwar von der Schwerkraft der Erde beeinflusst, diese wird jedoch vollständig in die zur Aufrechterhaltung der Rotation erforderliche Zentripetalkraft umgewandelt. Daher verlieren herkömmliche Hebel- oder Druckwaagen in dieser Umgebung ihren Zauber und sind schlichtweg nicht in der Lage, das Gewicht von Objekten oder Astronauten zu messen.

Allerdings ist die chinesische Raumstation tatsächlich mit einer speziellen „Waage“ ausgestattet – einem Instrument zur Messung der Masse. Dieses Gerät kann das Gewicht von Astronauten messen, funktioniert aber völlig anders als herkömmliche Waagen.

Der Massemesser nutzt das Prinzip der linearen Beschleunigung, um die Masse des Astronauten basierend auf Newtons zweitem Gesetz zu bestimmen. Während der Operation müssen Astronauten auf einer Körperstütze fixiert und dann in eine bestimmte Position geschoben werden. Während des Rückstellvorgangs der Halterung wird durch den Konstantkraftmechanismus (bestehend aus Komponenten wie Nocken, Federn, festen Rollen und Stahlkabeln) eine konstante Kraft ausgeübt, die die Astronauten dazu veranlasst, eine gleichmäßig beschleunigte lineare Bewegung auszuführen. Mit dem Gitterentfernungsmessgerät werden die Bewegungsgeschwindigkeit und -zeit der Astronauten unter der Einwirkung einer konstanten Kraft gemessen und so die Beschleunigung berechnet. Wenn die konstante Kraft bekannt ist, wird die Masse des Astronauten mithilfe der Formel berechnet. Mit dieser Methode kann die Masse von Astronauten in einer schwerelosen Umgebung genau gemessen werden und so wichtige Daten für die Gesundheitsüberwachung der Raumstation bereitgestellt werden.

Upgrade der Qualitätsmessgeräte

Die erste Generation von Massenmessgeräten erreichte mit der Zielraumsonde Tiangong-1 erfolgreich die Umlaufbahn. Während der Shenzhou-9-Mission nutzten drei Astronauten diese Ausrüstung, um erfolgreich Qualitätstests an menschlichen Körpern, Lebensmittelverpackungen, Kondensattanks und anderen Gegenständen durchzuführen. Während der Shenzhou-10-Mission hielt die „Weltraumlehrerin“ Wang Yaping ihren ersten Weltraumvortrag, bei dem sie einem weltweiten Publikum die Funktionsprinzipien und Betriebsabläufe des Instruments im Detail erklärte und demonstrierte.

Während der Vorführung befestigte sich der Astronaut Nie Haisheng an der Halterung des Massenmessgeräts, und Wang Yaping war dafür verantwortlich, die mit dem Bewegungsgerät verbundene Feder in eine voreingestellte Position zu spannen und sie dann loszulassen, woraufhin die Feder sofort wieder in ihre ursprüngliche Position zurückschnellte. Durch diesen Vorgang zeigte das Messgerät schließlich an, dass Nie Haisheng 74 Kilogramm wog. Die von Wang Yaping beim Spannen der Feder in die voreingestellte Position aufgebrachte Kraft ist konstant und dieser Wert wurde während des Geräteherstellungsprozesses genau geprüft und deutlich gekennzeichnet. Im Messgerät ist zudem ein Gittergeschwindigkeitsmesssystem integriert, dessen Funktion darin besteht, die Geschwindigkeitsänderungen des Körpers während der Bewegung in Echtzeit zu überwachen, aufzuzeichnen und daraus die Beschleunigung zu berechnen. Sobald die konstante Kraft und Beschleunigung bestimmt sind, kann Nie Haishengs Gewicht gemäß Newtons zweitem Gesetz genau berechnet werden.

Schematische Darstellung des Massenmessgeräts der zweiten Generation

Mit dem Beginn der Ära der Raumstationen wurde auch das Massenmessgerät einer „Aufrüstung“ unterzogen. Das Massenmessgerät der zweiten Generation wurde in mehreren wichtigen Bereichen verbessert: verbesserte Messgenauigkeit, verbesserte Messstabilität, optimierte Mess- und Kalibrierungsalgorithmen, aktualisierte Softwaresysteme, verbessertes Strukturdesign und integrierte ergonomische Konzepte. Durch diese Verbesserungen wurde die Genauigkeit des Massenmessgeräts der zweiten Generation deutlich verbessert und auch die Konsistenz der Messergebnisse konnte im Vergleich zur vorherigen Generation deutlich verbessert werden. Das Massenmessgerät der zweiten Generation wurde mit dem Kernmodul Tianhe ins All geschossen und schloss die Massenmessmission während der Orbitzeit der Besatzungsmitglieder von Shenzhou XII bis Shenzhou XVI erfolgreich ab.

Als Reaktion auf den Bedarf an medizinischer Überwachung während des Betriebs und das Feedback der Astronauten führte das wissenschaftliche Forschungsteam eine neue Runde von Optimierungen und Verbesserungen des Massenmessgeräts durch. Bei diesem Upgrade liegt der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Verbesserung der Messstabilität, der Betriebseffizienz und des Benutzerkomforts. Zu den spezifischen Verbesserungen zählen die Optimierung des Viergelenks und der Stützstruktur für den menschlichen Körper, die Verbesserung der strukturellen Festigkeit und Steifigkeit, das Hinzufügen von Anti-Rutsch-Hülsen und die Verbesserung der Vorrichtung zur Fixierung der menschlichen Körperhaltung. Die verbesserte Viergelenk- und Karosserieunterstützung wurde erfolgreich an Bord des Frachtraumschiffs Tianzhou-7 zur Raumstation geliefert. Derzeit hat die Besatzung von Shenzhou 17 und Shenzhou 18 die Kalibrierung der Geräte und die Messung der Körpermasse im Orbit abgeschlossen. Ihrem Feedback zufolge hat die verbesserte Ausrüstung nicht nur die Messgenauigkeit und -stabilität deutlich verbessert, sondern auch die Betriebseffizienz und den Komfort deutlich gesteigert und den Astronauten so ein besseres Benutzererlebnis geboten.

Astronauten der Shenzhou XIV betreten erfolgreich das Kernmodul Tianhe

Kontinuierliche technologische Innovationen werden die kontinuierliche Optimierung von Massenmessgeräten vorantreiben, ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit im Weltraum sicherstellen und einen starken Schutz für die Weltraummissionen und das tägliche Leben der Astronauten bieten.

Die Inhalte werden vom Beijing News Network, China Daily Network, China Manned Spaceflight usw. zusammengestellt.

(Wissenschaftlicher Gutachter: Zheng Yongchun, Forscher am Nationalen Astronomischen Observatorium der Chinesischen Akademie der Wissenschaften)